相对论吧 关注:85,020贴子:1,179,623

问一下,引力场中做自由落体运动的带电粒子是否辐射电磁波

只看楼主收藏回复

各位大神,我们知道静止的电荷产生电场,运动的电荷产生磁场,加速运动的电荷产生电磁波,那么在引力场中做自由落体运动的带电粒子是否会辐射电磁波,我们日常接触到的电磁辐射都是基于电磁相互作用,其本质是基于虚光子交换,但是引力场中的带电粒子如果发生电磁辐射,其辐射的能量来自哪里,引力作用的本质是时空弯曲,既然是时空弯曲,那么引力是怎么给带电粒子能量的,这是否说明引力场的能量可以转换为电磁场的能量。


IP属地:北京1楼2024-06-09 18:30回复
    @基灵公爵 请解释一下上述问题。


    IP属地:北京2楼2024-06-09 18:32
    回复
      @suhao233 大神请教一下上述问题。


      IP属地:北京3楼2024-06-09 20:31
      回复
        以下来自b站某视频评论区【重力场中的电荷辐射悖论-哔哩哔哩】 网页链接
        我说说我收集到的答案:地面的电荷相对自由落体系辐射;自由落体的电荷相对支撑系辐射,但对于相对静止的观测者而言探测不到辐射,只有静电场。[脱单doge]
        解释:
        关键是要认识到,电动力学定律、麦克斯韦方程只在惯性系中成立,即所有力都局部作用的系中,当净局部力为零时,没有净加速度。
        麦克斯韦方程可以相对于自由落体中的观察者应用,因为自由落体是一个惯性系。因此,考虑的起点是在重力场中的自由落体系中工作——“下落”的观察者。在自由落体系中,麦克斯韦方程对于下落的观察者具有其通常的平坦时空形式。在这个框架中,电荷的电场和磁场很简单:下落的电场只是静止电荷的库仑场,磁场为零。
        但是!支撑在地球表面的观察者测量到的场是不同的。给定下落框架中的电场和磁场,我们必须将这些场变换到支撑观察者的框架中。这种操作不是洛伦兹变换,因为这两个框架具有相对加速度。相反,必须使用 广义相对论的机制,计算度规。
        假设是无穷大匀强引力场,Fritz Rohrlich (1965)得出:自由落体和受支撑电荷,都会在对应的支撑系、自由系中辐射。辐射率是洛伦兹不变量,但不是非惯性变换下不变。
        后来已经有人证明,尽管惯性观察者确实可以检测到均匀加速电荷发出的电磁辐射,但同向运动的观察者只能看到静态电场。
        那对共同运动者来说辐射去了哪呢?
        一个均匀加速的观察者有一个事件视界,而这个时空区域对于这个观察者来说是无法进入的。辐射正是进入了这个区域https://arxiv.org/abs/physics/0506049


        青铜拳手
        贴吧拳王争霸赛中累计获取30场胜利,去领取
        活动截止:2100-01-01
        去徽章馆》
        IP属地:安徽来自Android客户端5楼2024-06-09 20:53
        收起回复
          辐不辐射取决于观测者在哪个参考系。这个可以通过Unruh effect去理解。比如,Minkovskian时空的真空态对于惯性运动的电荷来说是真空态,因此相对于该电荷静止的观测者来说,能观测到的粒子数是粒子数算符在真空态上的平均值,为零。但如果考虑一个加速运动的观测者,对他来说Minkovskian真空并不是真空态,而是一个热态,即他可以感受到电磁辐射或其他辐射。其原因是在于加速系和惯性系之间的坐标变换并非Lorentz变换导致的,以及谈论辐射必须对时空做3+1分解所致。


          IP属地:辽宁来自iPhone客户端6楼2024-06-09 21:15
          收起回复
            这个问题需要从两方面来理解,从相对论的角度来讲,辐射和能流等需要先在一个渐近平直时空的渐近平直区域内才能定义,典型的例子是史瓦西时空的静态史瓦西观者。相对于静态史瓦西观者加速运动的物体显然会发出辐射,相应的辐射能流是能够被定义并测量的。但是相对于静态史瓦西观者加速运动的参考系都是局域的,其中并不存在渐近平直区域
            (甚至都没有类光无穷远),观测者本身就无法定义辐射能流,他们也无法做出局域的测量。
            另一方面,从量子场论的角度来说,观测到辐射需要观测者观测到实光子,对应电磁波的横偏振部分,但是电磁波的偏振不是洛伦兹协变的,更不是广义协变的,在其他参考系中是完全有可能消失的,因此自由下落的观测者观测静止的电子完全有可能观测不到任何电磁辐射(事实也是如此)。


            IP属地:上海来自Android客户端9楼2024-06-09 21:51
            回复
              在经典物理学中,引力场由质量产生,而电磁场则由电荷产生。带电粒子在引力场中自由落体运动时,通常不会辐射出电磁波,因为引力场与电磁场两者是独立的,引力场不会直接影响电磁辐射的产生。


              IP属地:广东来自Android客户端10楼2024-06-09 22:18
              回复
                @基灵公爵 我们考虑这样一种情况,假如存在一个带电粒子,它在引力场作用下向下做自由落体运动,这时候给它一个方向向上的电场,电场的强度恰巧能把引力场的效果抵消,这时候带电粒子在静电场和引力场的作用下处于静止状态,就不会有电磁辐射,问题来了,假如引力场不会直接影响电磁辐射的产生,那我们去掉引力场,电子应该在电场作用下向上加速运动,同时辐射电磁波,但是因为引力场的存在,导致电子处于静止状态,没有电磁辐射的产生,这说明引力场抑制了处于静电场的带电粒子的电磁辐射,那么被抑制的电磁辐射去了哪里?引力场真的和电磁场没有关联吗?


                IP属地:北京11楼2024-06-09 22:59
                回复
                  当带电粒子在电场作用下加速时,它会释放能量并产生电磁辐射。如果引力场阻止了带电粒子的加速运动,那么原本会转化为电磁辐射的能量,有可能被转化为其他形式释放,比如动能或者势能之类。
                  经典物理学里的确是将引力场和电磁场认为是两种不同的场,它们之间没有直接的关联。
                  是有一些理论物理的统一尝试方案,比如说量子引力、弦理论之类的,不过这些个理论目前实验结果还不足以证明它百分百正确,可以说是一种猜想,又或者是一种观点。


                  IP属地:广东12楼2024-06-09 23:39
                  回复
                    广义相对论在解释大质量天体上使用时空弯曲可以与观测很好的吻合,但是时空弯曲的概念并不适合微观领域,特别是粒子领域的研究,种种迹象都表明引力有着更加深刻的本质。


                    IP属地:北京16楼2024-06-10 05:32
                    回复
                      @基灵公爵 我们再做个实验好了,假设有一个带电粒子,我们给它施加一个向上的电场,带电粒子在电场中的受力大于重力,带电粒子向上做加速运动,从静止状态不断增加速度,从电场中获得动能,这时候我们去掉电场,带电粒子在引力场的作用下,开始减速,直至速度为零静止,假如带电粒子的在引力场中不会产生电磁辐射,那么该粒子在电场中获得的动能去了哪里?不考虑经典的引力势能,请使用广义相对论时空弯曲的概念给与解释。


                      IP属地:北京17楼2024-06-10 05:58
                      回复
                        广相当然也有引力势能,你怎么老是想当然没有这没有那的,光有没有电磁场也是


                        青铜拳手
                        贴吧拳王争霸赛中累计获取30场胜利,去领取
                        活动截止:2100-01-01
                        去徽章馆》
                        IP属地:安徽来自Android客户端21楼2024-06-10 14:45
                        回复

                          我们来看一下这个方程啊,方程的右边是描述能量动量分布,左边描述的是对应的时空弯曲结构,这个方程是一个纯几何学的理论,引力导致的物质运动状态改变是因为时空的弯曲,在这个方程中是没有力的概念的,既然没有力,也就不存在做功,自然也没必要去谈引力势能和引力场,如果非要去谈引力场的话,这个跟带电粒子在静电场中的情况完全不一样,静电场中的的任意一点度量所用的钟和尺都是一样的,但是引力场不行,引力场的本质是时空弯曲,引力场的任意一点度量的钟和尺都不一样。就拿黑洞来讲,越接近黑洞,时间越慢,标尺越短,这个不能简单的和电磁场去类比。


                          IP属地:北京22楼2024-06-10 21:28
                          收起回复
                            盎鲁效应,也译作安鲁效应,是1976年由当时在英属哥伦比亚大学的威廉·盎鲁(William G. Unruh)所提出,此效应预言:一名加速运动的观察者可以观测到惯性参考系中观察者无法看到的黑体辐射,即加速运动的观察者会发现自己处在一个温暖的背景中。所表示的意义为惯性参考系中观察者所看到的量子基态,在一名加速参考系的观察者看来则是处在热力学平衡态。
                            各位大佬,这个昂鲁效应,只是说明处于非惯性系的观察者与惯性系的观察者之间的真空状态不同,非惯性系的真空可能处于的能级高,仅此而已,不能说,我相对一个地面静止的带电粒子做加速运动,然后我就能观测到这个电子发出的电磁波。


                            IP属地:北京23楼2024-06-11 08:29
                            回复
                              运动的带电粒子就会产生磁场,如果带电粒子产生的电场和磁场对其他带电粒子有做功,那么这个带电粒子就会损失其动能。


                              IP属地:湖北来自Android客户端24楼2024-06-11 08:54
                              回复